CN107605167A - 砌砖机器人直角墙体砌筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了砌砖机器人直角墙体砌筑方法，包括以下步骤：a.确定基准坐标系；b.计算砖的皮数，模拟每皮砖的排列，计算每块砖的坐标位置；c.在墙体的附近投放若干台砌砖机器人；d.确定转角位砌砖机器人的坐标位置，各直线砌砖机器人的站姿数量及各站姿的坐标位置；e.创建砌砖机器人在每个位置从取砖位夹砖，逐块逐层砖块砌筑的动作指令；将动作指令发送到编程控制系统上，使其执行对应的动作进行直角墙体的砌筑。本发明采用砌砖机器人进行直角墙体砌筑，通过建立坐标系，模拟每皮砖的排列，确定砌砖机器人的站姿位置，使得砌砖机器人根据控制指令自动进行直角墙体的砌筑，横墙咬合砌筑，整体性强，墙体牢固。

Description

砌砖机器人直角墙体砌筑方法

技术领域

本发明涉及建筑自动化技术领域，具体涉及一种砌砖机器人直角墙体的砌筑方法。

背景技术

传统的人工砌筑建造楼房施工进度慢，劳动强度大，且人工成本越来越高，随着经济的快速增长和城市化，越来越多的砌砖机器人被研发出来，用以替代人工砌墙，实现人工智能化。直角墙体包括横墙及纵墙，直角位置应满足横平竖直、砂浆咬合、避免出现通缝等基本原则，每排列一层砖则称为一皮砖。现有的直角墙体通过人工砌筑，劳动时间长，劳动强度大，对正困难、且经常偏差超标，质量无法得到保证。

申请号为2016110695716的发明专利公开了一种轻型、可移动的砌砖机器人，如图1所示，包括依次相连接的旋转式移动底盘1、升降模块2、砌砖模块3和编程控制系统，砌砖模块3包括机械臂4和砌砖夹具5，砌砖夹具5在机械臂4的行程范围内移动和旋转；砌砖模块3通过一丝杆实现在升降模块2上的上下移动，砌砖模块3以升降模块2为轴通过旋转式移动底盘1实现圆周运动。该砌砖机器人结构简单，但是如何通过编程算法控制其砌筑直角墙体，实现智能化砌砖至关重要，因此有必要对其砌筑方法进行进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砌砖机器人直角墙体砌筑方法，以实现直角墙体的自动化砌筑，为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

砌砖机器人直角墙体砌筑方法，所述的砌砖机器人包括依次相连接的旋转式移动底盘、升降模块、砌砖模块和编程控制系统，所述的砌砖模块包括机械臂和砌砖夹具，所述的砌砖夹具在机械臂行程范围内移动和旋转；所述砌砖模块通过一丝杆实现在升降模块上的上下移动，所述的旋转式移动底盘可在地面移动和圆周式旋转，包括以下步骤：

a.确定基准坐标系，待砌直角墙体的两直角边分别为横墙和纵墙，设置横墙所在中心线为X轴，纵墙所在中心线为Y轴，墙的高度方向为Z轴，墙体水平地面上X轴、Y轴、Z轴的交叉点为原点。

b.计算砖的皮数，模拟每皮砖的排列，计算每块砖的坐标位置。

c.在墙体的附近投放若干台砌砖机器人，其中，一台砌砖机器人设置在墙体转角处的转角位砌砖机器人，用于砌筑转角墙体位置；其余为设置在横墙或纵墙前沿平行于横墙或纵墙的直线轨道行走的直线砌砖机器人；所述的转角位砌砖机器人及直线砌砖机器人上设置有取砖位。

d.确定转角位砌砖机器人的坐标位置，各直线砌砖机器人的站姿数量及各站姿的坐标位置。

e.构建砌砖机器人在每个站姿位置从取砖位夹砖，逐块逐层砖块砌筑的动作指令；将动作指令发送到编程控制系统上，使其执行对应的动作进行直角墙体的砌筑。

其中，步骤b中砖的总皮数P_总，按以下公式计算，H为直角墙体的总高度，h为砖块的高度，r为灰缝的厚度。

步骤b中，横墙由若干横砖搭接缝排列组成，纵墙由若干竖砖搭接缝排列组成；墙体转角处的横砖及竖砖为整砖，F为整砖的长度，B为整砖的厚度，h为整砖的高度；直角转折位置靠近原点的横砖为第一横砖，靠近原点的竖砖为第一竖砖，所述的砖体的排列方式为以下两种：

方式一，直角转折位置第一竖砖中心的X、Y轴坐标为第一横砖的宽度方向端部与第一竖砖粘结，第一横砖的中心的X、Y轴坐标为

方式二，直角转折位置第一横砖中心的X、Y轴坐标为第一竖砖的宽度方向端部与第一横砖粘结，第一竖砖的中心的X、Y轴坐标为

直角墙体的奇数皮的排列方式为方式一，偶数皮的排列方式为方式二；或者奇数皮的排列方式为方式二，偶数皮的排列方式为方式一。

其中，步骤c中直线砌砖机器人的直线轨道距离外墙或内墙的距离J按以下公式计算：

其中XC为砌砖夹具在机械臂上的水平行程，A为安全距离，R为旋转式移动底盘直径，B为砖块的厚度,砌筑横墙时α为机械臂与X轴的夹角，砌筑纵墙时α为机械臂与Y轴的夹角。

进一步地，步骤c中当横墙或纵墙都为建筑内墙时，转角位砌砖机器人布置在墙体内转角或外转角处，直线砌砖机器人布置在横墙或纵墙的内侧或外侧；当横墙或纵墙至少有一个为建筑外墙时，则砌砖机器人都布置在横墙或纵墙的内侧。

所述的转角位砌砖机器人的取砖位设置于远离坐标原点位置；所述的直线砌砖机器人用于砌筑横墙时，取砖位设置于远离横墙的位置，用于砌筑纵墙时，取砖位设置于远离纵墙的位置。所述的转角位砌砖机器人布设在内转角处时X、Y轴坐标位置为(J，J)，布设在外转角处时X、Y轴坐标位置为(-J，-J)，或(J，-J)或(-J，J)。

进一步地，在每一个站姿位置构建以下动作指令，

(1)砌砖机器人回归初始位置；

(2)夹砖，旋转式移动底盘及砌砖夹具运行至取砖位，砌砖夹具夹砖；

(3)砌砖，砌砖夹具夹取砖块后运行至砖块坐标点位置放置。

由于采用了上述结构，本发明具有如下有益效果：本发明采用砌砖机器人进行直角墙体砌筑，通过建立坐标系，模拟每皮砖的排列，确定砌砖机器人的站姿位置，使得砌砖机器人根据控制指令自动进行直角墙体的砌筑，砌筑效率高，墙体更加牢固可靠。

附图说明

图1是背景技术砌砖机器人的结构示意图。

图2是直角墙体的结构排列示意图。

图3是奇数皮砌砖机器人的砌筑俯视示意图。

图4是偶数皮砌砖机器人的砌筑俯视示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

本发明公开了砌砖机器人直角墙体砌筑方法，包括以下步骤：

a.如图2所示，确定基准坐标系，待砌直角墙体的两直角边分别为横墙和纵墙，设置横墙所在中心线为X轴，纵墙所在中心线为Y轴，墙的高度方向为Z轴，墙体水平地面上X轴、Y轴、Z轴的交叉点为原点。

b.计算砖的皮数P_总(公式1)，模拟每皮砖的排列，计算每块砖的坐标位置。

H为直角墙体的总高度，h为砖块的高度，r为灰缝的厚度。

横墙由若干横砖搭接缝排列组成，纵墙由若干竖砖搭接缝排列组成。墙体转角处的横砖及竖砖为整砖，F为整砖的长度，B为整砖的厚度，h为整砖的高度。直角转折位置靠近原点的横砖为第一横砖，靠近原点的竖砖为第一竖砖。第一横砖的X、Y轴坐标为(X_h1,Y_h1)，第一竖砖的X、Y轴坐标为(X_s1,Y_s1)，砖体的排列方式为以下两种：

方式一，如图3所示，直角转折位置第一竖砖中心的X、Y轴坐标为第一横砖的宽度方向端部与第一竖砖粘结，第一横砖的中心的X、Y轴坐标为

方式二，如图4所示，直角转折位置第一横砖中心的X、Y轴坐标为第一竖砖的宽度方向端部与第一横砖粘结，第一竖砖的中心的X、Y轴坐标为

本实施例中，直角墙体的奇数皮的排列方式为方式一，偶数皮的排列方式为方式二，奇数皮与偶数皮的砖体成搭接缝交错排列，其砖体砌筑成的墙体如图2所示。

c.在墙体的附近投放若干台砌砖机器人。

其中，一台为设置在墙体转角处的转角位砌砖机器人T₁，用于砌筑转角位置。其余为设置在横墙或纵墙前沿平行于横墙或纵墙的直线轨道行走的直线砌砖机器人。转角位砌砖机器人及直线砌砖机器人上设置有取砖位。

直线砌砖机器人的直线轨道距离外墙或内墙的距离J按以下公式2计算：

其中XC为砌砖夹具在机械臂上的水平行程，A为安全距离，R为旋转式移动底盘直径，B为砖块的厚度,砌筑横墙时α为机械臂与X轴的夹角，砌筑纵墙时α为机械臂与Y轴的夹角。

d.确定转角位砌砖机器人的坐标位置，各直线砌砖机器人的站姿数量及各站姿的坐标位置。根据施工现场的不同状况，进行不同的选择：

(1)当横墙或纵墙都为建筑内墙时，转角位砌砖机器人布置在墙体内转角或外转角处，直线砌砖机器人布置在横墙或纵墙的内侧或外侧。

图3中将转角位砌砖机器人T₁布置在墙体的内转角处，横墙外侧布置直线砌砖机器人T₃，纵墙外侧布置直线砌砖机器人T₂。T₁的X、Y轴坐标位置为(J，J)。另根据砂浆可塑性的需要，砌砖机器人T₂/T₃离Y轴/X轴距离为J的直线轨道上相连布置若干砌砖机器人用于砌筑其余延伸的直线墙体。

此种情况也可以将T₁布置外转角处，坐标位置为(-J，-J)，或(J，-J)或(-J，J)；或者将T₂/T₃布置在横墙或纵墙内侧。

(2)当横墙或纵墙至少有一个为建筑外墙时，则砌砖机器人都布置在横墙或纵墙的内侧。

图4中将转角位砌砖机器人T₁布置在墙体的内转角处，横墙内侧布置直线砌砖机器人T₅，纵墙内侧布置直线砌砖机器人T₄。转角位砌砖机器人的X、Y轴坐标位置为(J，J)。另根据砂浆可塑性的需要，砌砖机器人T₄/T₅的离Y轴/X轴距离为J的直线轨道上相连布置若干砌砖机器人用于砌筑其余延伸的直线墙体。

转角位砌砖机器人的取砖位设置于远离坐标原点位置。直线砌砖机器人用于砌筑横墙时，取砖位设置于远离横墙的位置，用于砌筑纵墙时，取砖位设置于远离纵墙的位置。取砖位这一布设，使砌砖机器人在夹砖砌砖时不会发生干涉碰撞。

e.构建砌砖机器人在每个位置从取砖位夹砖，逐块逐层砖块砌筑的动作指令；将动作指令发送到编程控制系统上，使其执行对应的动作进行直角墙体的砌筑。

在每一个站姿位置构建以下动作指令，(1)砌砖机器人回归初始位置。

(2)夹砖，旋转式移动底盘及砌砖夹具运行至取砖位，砌砖夹具夹砖。夹砖包括以下顺序指令：机械臂提升、机械臂旋转、横械臂下降、砌砖夹具在机械臂上移动、砌砖夹具旋转对位、机械臂下降就位、砌砖夹具夹砖。

(3)砌砖，砌砖夹具夹取砖块后运行至砖块坐标点位置放置。砌砖包括以下顺序指令：机械臂提升、旋转式移动底盘旋转、砌砖夹具在机械臂上移动、砌砖夹具旋转对位、机械臂下降就位，砌砖夹具松开。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.砌砖机器人直角墙体砌筑方法，所述的砌砖机器人包括依次相连接的旋转式移动底盘、升降模块、砌砖模块和编程控制系统，所述的砌砖模块包括机械臂和砌砖夹具，所述的砌砖夹具在机械臂行程范围内移动和旋转；所述砌砖模块通过一丝杆实现在升降模块上的上下移动，所述的旋转式移动底盘可在地面移动和圆周式旋转，其特征在于，包括以下步骤：

a.确定基准坐标系，待砌直角墙体的两直角边分别为横墙和纵墙，设置横墙所在中心线为X轴，纵墙所在中心线为Y轴，墙的高度方向为Z轴，墙体水平地面上X轴、Y轴、Z轴的交叉点为原点；

b.计算砖的皮数，模拟每皮砖的排列，计算每块砖的坐标位置；

c.在墙体的附近投放若干台砌砖机器人，其中，一台砌砖机器人设置在墙体转角处的转角位砌砖机器人，用于砌筑转角墙体位置；其余为设置在横墙或纵墙前沿平行于横墙或纵墙的直线轨道行走的直线砌砖机器人；所述的转角位砌砖机器人及直线砌砖机器人上设置有取砖位；

d.确定转角位砌砖机器人的坐标位置，各直线砌砖机器人的站姿数量及各站姿的坐标位置；

e.构建砌砖机器人在每个站姿位置从取砖位夹砖，逐块逐层砖块砌筑的动作指令；将动作指令发送到编程控制系统上，使其执行对应的动作进行直角墙体的砌筑。

2.如权利要求1所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：步骤b中砖的总皮数P_总，按以下公式计算，

H为直角墙体的总高度，h为砖块的高度，r为灰缝的厚度。

3.如权利要求2所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：步骤b中，横墙由若干横砖搭接缝排列组成，纵墙由若干竖砖搭接缝排列组成；墙体转角处的横砖及竖砖为整砖，F为整砖的长度，B为整砖的厚度，h为整砖的高度；直角转折位置靠近原点的横砖为第一横砖，靠近原点的竖砖为第一竖砖，所述的砖体的排列方式为以下两种：

方式一，直角转折位置第一竖砖中心的X、Y轴坐标为第一横砖的宽度方向端部与第一竖砖粘结，第一横砖的中心的X、Y轴坐标为

方式二，直角转折位置第一横砖中心的X、Y轴坐标为第一竖砖的宽度方向端部与第一横砖粘结，第一竖砖的中心的X、Y轴坐标为

直角墙体的奇数皮的排列方式为方式一，偶数皮的排列方式为方式二；或者奇数皮的排列方式为方式二，偶数皮的排列方式为方式一。

4.如权利要求1所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：步骤c中直线砌砖机器人的直线轨道距离横墙或纵墙的距离J按以下公式计算：

其中XC为砌砖夹具在机械臂上的水平行程，A为安全距离，R为旋转式移动底盘直径，B为砖块的厚度，砌筑横墙时α为机械臂与X轴的夹角，砌筑纵墙时α为机械臂与Y轴的夹角。

5.如权利要求1所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：步骤c中当横墙或纵墙都为建筑内墙时，转角位砌砖机器人布置在墙体内转角或外转角处，直线砌砖机器人布置在横墙或纵墙的内侧或外侧；当横墙或纵墙至少有一个为建筑外墙时，则砌砖机器人都布置在横墙或纵墙的内侧。

6.如权利要求5所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：所述的转角位砌砖机器人的取砖位设置于远离坐标原点位置；所述的直线砌砖机器人用于砌筑横墙时，取砖位设置于远离横墙的位置，用于砌筑纵墙时，取砖位设置于远离纵墙的位置。

7.如权利要求6所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：所述的转角位砌砖机器人布设在内转角处时X、Y轴坐标位置为(J，J)，布设在外转角处时X、Y轴坐标位置为(-J，-J)，或(J，-J)或(-J，J)，。

8.如权利要求1或7所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：在每一个站姿位置构建以下动作指令，

(1)砌砖机器人回归初始位置；

(2)夹砖，旋转式移动底盘及砌砖夹具运行至取砖位，砌砖夹具夹砖；

(3)砌砖，砌砖夹具夹取砖块后运行至砖块坐标点位置放置。

9.如权利要求8所述的砌砖机器人直角墙体砌筑方法，其特征在于：动作指令(2)夹砖包括以下顺序指令：机械臂提升、机械臂旋转、横械臂下降、砌砖夹具在机械臂上移动、砌砖夹具旋转对位、机械臂下降就位、砌砖夹具夹砖；

动作指令(3)砌砖包括以下顺序指令：机械臂提升、旋转式移动底盘旋转、砌砖夹具在机械臂上移动、砌砖夹具旋转对位、机械臂下降就位，砌砖夹具松开。